【正文】 ............................................ 33 基于單片機(jī)控制的 電子琴 設(shè)計(jì) 4 緒論 隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)和發(fā)展，芯片生產(chǎn)廠家把中央處理器 CPU，隨機(jī)存取內(nèi)存 RAM，只讀存儲(chǔ)器 ROM，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及 I/O 接口電路等主要計(jì)算機(jī)部件，集成在一塊集成電路芯片（硅片）上，形成芯片級(jí)計(jì)算機(jī)，稱為單片微型計(jì)算機(jī)，直譯為單片機(jī)。 單片機(jī)雖只是一個(gè)芯片，但從組成和功能上看，它已具有了微機(jī)系統(tǒng)的含 義，又稱微型處理部件 MCU（ Micro Controller Unit） ,單片機(jī)商品名稱為微控制器單元。 雖然單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長(zhǎng)，但發(fā)展十分迅猛，在集成度、功能、速度、可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域等全方位向更高水平發(fā)展。目前單片機(jī)已用于工業(yè)控制、機(jī)電一體化設(shè)備、儀器儀表、信號(hào)處理、現(xiàn)代兵器、交通能源、商用設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，隨著單片機(jī)性能的不斷提高，它的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。單片機(jī)技術(shù)發(fā)展非?？欤阅壳暗漠a(chǎn)品都致力于在功能全面、技術(shù)先進(jìn)、操作簡(jiǎn)便、安全可靠、價(jià)格合理等方面進(jìn)行仔細(xì)研究，精心設(shè)計(jì)；及時(shí)掌 握最新的單片機(jī)技術(shù)，在條件允許的情況下，盡可能地利用最新的單片機(jī)技術(shù)來研制其應(yīng)用系統(tǒng)，再利用單片機(jī)體積小、價(jià)格低、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，以保證所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在未來的一段時(shí)間內(nèi)仍具生命力。在生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中，凡是有自動(dòng)控制要求的地方都會(huì)有單片機(jī)的身影出現(xiàn)；從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從空中、地面到地下，凡是能想象到的地方幾乎都有使用單片機(jī)的需求?，F(xiàn)在，盡管單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)很普遍了，但仍有許多可以用單片機(jī)控制而尚未實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目，因此，單片機(jī)的應(yīng)用大有可以想象和拓展的空間。 單片機(jī)的應(yīng)用有利于產(chǎn)品的小型化、多功能化和智能化，有助于提 高勞動(dòng)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)環(huán)境，減少能源和材料消耗，保證安全等。 但是，單片機(jī)應(yīng)用的意義絕不僅限于它的廣闊范圍以及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益上，更重要的意義還在于：?jiǎn)纹瑱C(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在已能使用單片機(jī)通過軟件（編程序）方法實(shí)現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制系統(tǒng)“軟化”技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。微控制技術(shù)是一種全新的概念，是對(duì)傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。隨單片機(jī)應(yīng)用的推廣普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā) 展、日益完善和更加充實(shí)。 簡(jiǎn)易電子琴系統(tǒng)就是以單片機(jī)為主要元器件設(shè)計(jì)的一個(gè)簡(jiǎn)易電子琴，這只是單片機(jī)應(yīng)用的一個(gè)點(diǎn)，由點(diǎn)及面，希望可以更好的了解和應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)。 之所以以單片機(jī)電子琴為選題，目的在于從日常生活能接觸到的細(xì)微處著手，通過理論與實(shí)踐的結(jié)合，更明確自己的所學(xué)所用，也在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)理論的不足，對(duì)目前日益廣泛應(yīng)用的單片機(jī)有了更加理性化和感性化的認(rèn)識(shí)，使理論和實(shí)踐相得益彰。 通過單片機(jī)電子琴這個(gè)選題，更深層次的了解了單片機(jī)技術(shù)，以前只是有理論，實(shí)踐的機(jī)會(huì)不是很多，在作單片機(jī)電子琴這個(gè)選題的過 程中，更加熟練的掌握了一些單片機(jī)芯片的應(yīng)用，也解決了很多以前理論和實(shí)踐脫節(jié)的問題，可謂對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)有了一個(gè)小的飛躍。 基于單片機(jī)控制的 電子琴 設(shè)計(jì) 5 第 一 章 總體方案 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 本系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，一個(gè)是鍵盤彈入，另一個(gè)就是電子琴演奏。 關(guān)于聲音的處理，使用單片機(jī) C語(yǔ)言，利用定時(shí)器來控制頻率，而每個(gè)音符的符號(hào)只是存在我自己定義的表中。具體要求如下： ，可以用彈奏出簡(jiǎn)單的樂曲。 ，每鍵代表一個(gè)音符。 ，必須符合電子琴的按鍵排列 順序。 電子琴系統(tǒng)的組成 單片機(jī)因體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低廉而得到廣泛應(yīng)用。 AT89C51 單片機(jī)設(shè)計(jì)微型電子琴的方法，僅需 AT89C51 最小系統(tǒng)，擴(kuò)展一組矩陣鍵盤，再接一 個(gè)音頻放大電路 。 聲音輸出 部分： 聲音 實(shí)際上是有固定周期的信號(hào)。本文介紹用 AT89C51 的兩個(gè)定時(shí)器（如 T0， T1）控制，在 腳上輸出方波周期信號(hào)，產(chǎn)生樂音，通過矩陣鍵盤按鍵產(chǎn)生不同的音符，由此操作人員可以隨心所欲的彈奏自己所喜愛的樂曲，這樣就做出了一臺(tái)微型電子琴。 由于一首音樂是許多不同 的音階組成的，而每個(gè)音 階對(duì)應(yīng)著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，即可彈奏出 我們所想要的音樂了，當(dāng)然對(duì)于單片機(jī)來產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0來產(chǎn)生這樣方波頻率信號(hào)，因此，我們只要把一首歌曲的音階對(duì)應(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可。 演奏中 ，每一音符對(duì)應(yīng)著確定的頻率，我們將每一音符的時(shí)間常數(shù)和其相應(yīng)的節(jié)拍常數(shù)作為一組，按順序?qū)非械乃谐?shù)排列成一個(gè)表，然后由查表程序依次取出，產(chǎn)生音符并控制節(jié)奏，就可以實(shí)現(xiàn)演奏效果。 電子琴 彈奏 部分：實(shí)際上就是把每個(gè)按鍵所對(duì)應(yīng)的值經(jīng)過處理后發(fā)給 單片機(jī)，再在單片機(jī)內(nèi)把數(shù)字當(dāng)作指針指向所對(duì)應(yīng)的音符 。 系統(tǒng)框圖 該系統(tǒng)通過電子琴按鍵隨意鍵入所要表達(dá)的音符，作為電平送給主體電路，中央處理器通過識(shí)別，解碼輸出音符，在揚(yáng)聲器中發(fā)出有效的聲音。通過這樣可以不斷的彈奏音樂。嵌入式電路，按鍵電路， 音頻放大電路。 其主要模塊由 三 個(gè)部分組成 ,具體關(guān)系如圖 21所示 : 圖 11 電子琴框圖 基于單片機(jī)控制的 電子琴 設(shè)計(jì) 6 上圖即為此次設(shè)計(jì)中的電子琴的硬件結(jié)構(gòu)圖，我們運(yùn)用單片機(jī)的最小系統(tǒng)，用 P0 口的高四位和 P0 口的低四位作 4X4 矩陣式按鍵的接口，用 作信號(hào)輸出口。 基于單片機(jī)控制的 電子琴 設(shè)計(jì) 7 第 二 章 硬件簡(jiǎn)介 AT89C51 AT89C51 簡(jiǎn)介 AT89C51 是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除 只讀存儲(chǔ)器 （ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱 單片機(jī) 。AT89C51是一種帶 2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100次。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖 31 所示。 主要的功能特性 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128 8位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 圖 21 AT89C51 基于單片機(jī)控制的 電子琴 設(shè)計(jì) 8 管腳功能 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口： P0口為一個(gè) 8位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電 流。 P1口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時(shí) ，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口： P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為 AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0外部輸入） T1（記時(shí)器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖